什么是諧波?
諧波 (harmonic wave),從嚴格的意義來(lái)講,諧波是指電流中所含有的頻率為基波的整數倍的電量,一般是指對周期性的非正弦電量進(jìn)行傅里葉級數分解,其余大于基波頻率的電流產(chǎn)生的電量。從廣義上講,由于交流電網(wǎng)有效分量為工頻單一頻率,因此任何與工頻頻率不同的成分都可以稱(chēng)之為諧波,這時(shí)“諧波”這個(gè)詞的意義已經(jīng)變得與原意有些不符。正是因為廣義的諧波概念,才有了“分數諧波”、“間諧波”、“次諧波”等等說(shuō)法。
諧波產(chǎn)生的原因主要有:由于正弦電壓加壓于非線(xiàn)性負載,基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。主要非線(xiàn)性負載有UPS、開(kāi)關(guān)電源、整流器、變頻器、逆變器等。
泛音是物理學(xué)上的諧波,但次數的定義稍許有些不同,基波頻率2倍的音頻稱(chēng)之為一次泛音,基波頻率3倍的音頻稱(chēng)之為二次泛音,以此類(lèi)推。
諧波的頻率必然也等于基波的頻率的整數倍,基波頻率3倍的波稱(chēng)之為三次諧波,基波頻率5倍的波稱(chēng)之為五次諧波,以此類(lèi)推。不管幾次諧波,他們都是正弦波。
電網(wǎng)諧波主要由發(fā)電設備(電源端)、輸配電設備以及電力系統非線(xiàn)性負載等三個(gè)方面引起的。
(1)電源端產(chǎn)生的諧波發(fā)電機的三相繞組在制作上很難做到絕對對稱(chēng),由于制作工藝影響,其鐵心也很難做到絕對的均勻一致,加上發(fā)電機的穩定性等其他一些原因,會(huì )產(chǎn)生一些諧波,但一般來(lái)說(shuō)相對較少。
(2)輸配電過(guò)程產(chǎn)生的諧波電力變壓器是輸配電過(guò)程中主要的諧波來(lái)源,由于變壓器的設計需要考慮經(jīng)濟性,其鐵心的磁化曲線(xiàn)處于非線(xiàn)性的飽和狀態(tài),使得工作時(shí)的磁化電流為尖頂型的波形,因而產(chǎn)生奇次諧波。較高的變壓器鐵心飽和程度使得其工作點(diǎn)偏離了線(xiàn)性曲線(xiàn),產(chǎn)生了較大的諧波電流,其奇次諧波電流的比例可以達到變壓器額定電流的0.5%以上。
(3)電力設備產(chǎn)生的諧波
1)整流晶閘管設備。由于整流晶閘管廣泛應用在開(kāi)關(guān)電源、機電控制、充電裝置等許多方面,給電網(wǎng)帶來(lái)了相當多的諧波。據統計,由整流設備引起的諧波將近達到全部諧波的40%,是諧波的一個(gè)主要來(lái)源。
2)變頻設備。電動(dòng)機、電梯、水泵、風(fēng)機等機電設備中常用的變頻設備,因為大部分是相位控制,其諧波成分比較復雜,除了整數次的諧波成分外,還含有一定分數次的諧波成分,變頻設備的功率一般較大,其廣泛應用對電網(wǎng)造成的諧波也越來(lái)越多。
3)氣體放電類(lèi)電光源。氣體放電類(lèi)電光源如高壓鈉燈、高壓汞燈、熒光燈以及金屬鹵化物燈等,其伏安特性的非線(xiàn)性相當嚴重,有的電光源還具有負伏安特性,這些都會(huì )給輸電網(wǎng)帶來(lái)奇次諧波成分。
4)家用電器設備。在空調器、冰箱、洗衣機、電風(fēng)扇等含有繞組的用電設備中,由于不平衡電流的變化也能使電源波形發(fā)生改變。另外,計算機、電視機、溫控炊具、調光燈具等,因其具有一定的調壓整流功能,也會(huì )產(chǎn)生高次的奇次諧波成分。這些家用電器設備也成為諧波的一個(gè)主要來(lái)源。
5)其他用電設備。